電能計量計費系統(tǒng)計量誤差自適應(yīng)檢測技術(shù)

楊晶

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司揚州供電分公司 江蘇 揚州 225000

引言

本文首先對電能計量誤差產(chǎn)生的原因進行挖掘，然后簡要介紹了電能計費系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)與主要流程，最后通過實驗探究的方式，將計量誤差自適應(yīng)檢測技術(shù)下的新型計費系統(tǒng)與傳統(tǒng)計費系統(tǒng)進行對比。實驗結(jié)果顯示，新型系統(tǒng)與傳統(tǒng)相比在成本投入與準確率方面存在較大優(yōu)勢，具有更大的應(yīng)用價值。

1 電能計量計費系統(tǒng)概述

電能計量計費系統(tǒng)是由卡斯特公司根據(jù)電力企業(yè)中的一些標準，并參考國際最新技術(shù)研發(fā)而成的一款自動定能計量、抄表的一種計費系統(tǒng)。電能計量計費系統(tǒng)運行過程中具有較高的準確性、安全性以及可靠性，主要以跨平臺運行與分布式處理技術(shù)為主，并在此基礎(chǔ)上對數(shù)據(jù)信息以統(tǒng)計與計算為主，以此對系統(tǒng)考核功能與深層拓展，以此在電廠、小區(qū)中有較好的應(yīng)用效果[1]。

2 電能計量計費系統(tǒng)特點

電能計量計費系統(tǒng)在運行的過程中，具有自身特點，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①采用面向應(yīng)用開放的EMSAPICIM國際標準；②在中間件技術(shù)的基礎(chǔ)之上，進行系統(tǒng)集成的有效提供，具有較高縮放性能；③系統(tǒng)具有可靠性特點與安全性特點；④電能計量計費系統(tǒng)采用了一體化設(shè)計、具有高維護性與高擴充性特點；⑤直接電表應(yīng)用層協(xié)議，實現(xiàn)并發(fā)數(shù)據(jù)采集與通信；⑥自動路由監(jiān)視、信道流量控制、路由自動切換；⑦支持多種硬件平臺，多種操作系統(tǒng)平臺。

3 電能計量計費系統(tǒng)自適應(yīng)檢測技術(shù)基本結(jié)構(gòu)

電能計量計費系統(tǒng)主要工作是完成對電能數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理和儲存等工作，再根據(jù)其相對應(yīng)統(tǒng)計結(jié)算模型，對不同用戶、時段、費率實現(xiàn)對電能統(tǒng)計和電費結(jié)算。這需要利用多種計算機技術(shù)來提升該系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和輔助決策功能。電能計量計費系統(tǒng)包括計量表計、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、主站系統(tǒng)。在用戶層中，主要用于數(shù)據(jù)采集。在電力系統(tǒng)中，對電力使用情況統(tǒng)計和能源消耗情況一般通過電表實現(xiàn)。本文采用丹麥西科比科技有限公司生產(chǎn)的YU164型智能電表，在電表中嵌入網(wǎng)卡芯片和單片機系統(tǒng)，以完成對峰期、谷期、平期不同分時計能，然后將采集到的數(shù)據(jù)進行加工處理、分類存儲，電表通過網(wǎng)絡(luò)接口接入Internet網(wǎng)絡(luò)，通過互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送至電力公司系統(tǒng)主站，并接受從主站發(fā)布的控制命令。當功率因數(shù)出現(xiàn)過低或過高現(xiàn)象時，電表會啟動其報警系統(tǒng)，則可以及時派人在現(xiàn)場檢查電表情況。智能電表中使用的網(wǎng)卡芯片是由丹麥以利亞有限公司生產(chǎn)的JR5021型網(wǎng)卡芯片，該接口為USB接口，具有兼容性和穩(wěn)定性。電能計量計費系統(tǒng)主站數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，主站具有很強的電量分類、統(tǒng)計、處理功能。將智能電表采集的電能數(shù)據(jù)通過遠傳編碼器進行編碼外傳后，由外部接口傳遞至主站，在主站中，通過調(diào)制解碼器將數(shù)據(jù)進行解碼，傳遞至主機。主機是主站數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)核心，其中主要包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)備份設(shè)備和通訊工作站3個部分。

4 電能計量計費系統(tǒng)工作流程設(shè)計

穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)是電力系統(tǒng)運行時常見兩種狀態(tài)，當電力系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時，它的運行參數(shù)保持不變或者是變化很小，而當電力系統(tǒng)處于暫態(tài)時，運行參數(shù)受到外界干擾，發(fā)生很大變化，目前暫態(tài)過程主要有電磁暫態(tài)和機電暫態(tài)兩種。以電壓為例，圖4是電力系統(tǒng)暫態(tài)狀況對電壓影響，當電力系統(tǒng)運行出現(xiàn)暫態(tài)狀態(tài)時，電壓會發(fā)生驟降現(xiàn)象，電壓波動較大時可能會導致電網(wǎng)出現(xiàn)大規(guī)模過電流、過電壓等問題，這不僅損害用戶利益，還會對整個電力系統(tǒng)安全造成較大威脅。將自適應(yīng)檢測技術(shù)應(yīng)用于電能計量計費系統(tǒng)中的軟件設(shè)計。電能計量計費系統(tǒng)軟件工作是一個較為復雜的過程。首先，系統(tǒng)接收到采集命令后，智能電表里的網(wǎng)卡芯片開始采集電能數(shù)據(jù)，隨后單片機系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，計算相關(guān)的功率因數(shù)α、β、γ，當智能電表正常工作時，功率因數(shù)數(shù)值會在0.6～1之間，當功率因數(shù)數(shù)值不符合要求時，報警系統(tǒng)將自動啟動。當功率因數(shù)數(shù)值符合要求時，再根據(jù)已知的電流、電壓和功率值來判斷電力系統(tǒng)是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，只有當系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時，系統(tǒng)才能正常工作，否則報警系統(tǒng)將會自動啟動。

5 電能計量誤差產(chǎn)生的原因

5.1 電能表自身誤差

現(xiàn)階段，城鎮(zhèn)居民采用的電表已經(jīng)升級為1.0級，企業(yè)結(jié)算用表已經(jīng)達到0.2級，以往采用的機械表在長期運行下設(shè)備磨損嚴重，影響機械轉(zhuǎn)盤的靈敏度，無法對較低的負荷進行精準記錄，增加計量誤差，目前已經(jīng)被電子表替換，可對最小電流進行準確檢測，使電表的靈敏度得到顯著提升。

5.2 互感器誤差

該誤差與電能計量之間存在緊密聯(lián)系，互感器可將較大的電流、電壓壓縮，使其符合電能表的檢測范圍，計算電能時將表中顯示的數(shù)字與壓縮倍數(shù)相乘，即可得到實際電能。目前，電能表準確度不斷提升，互感器的誤差也得到了有效控制，準確度方面優(yōu)于電能表，目前使用的1.0級電能表與0.2級的互感器匹配即可。

5.3 選型不當誤差

5.3.1 量程選擇過大，無論對于電能表還是互感器來說，實際電流與額定電流之間的差距越遠，產(chǎn)生的誤差便越大。例如，0.5級的互感器實際電流額定的情況下，最大允許誤差在±0.5%左右，部分用戶為了后續(xù)擴建便利，通常選擇變比較大的電流互感器，使測量誤差增加。

5.3.2 檢測對象不匹配，部分人員用三相三線電能表檢測三相四線電能，由于缺少電流B消耗的功率，從而產(chǎn)生檢測誤差。

5.3.3 二次負荷選擇不當，互感器的二次負荷應(yīng)與額定范圍相一致，一旦超過或者低于均會產(chǎn)生測量誤差，影響互感器準確性，最佳負荷范圍是控制在額定值的25%～100%之間[2]。

6 電能計量計費系統(tǒng)分析

6.1 主體結(jié)構(gòu)

電能計費系統(tǒng)能夠完成對電能數(shù)據(jù)的采集、處理與存儲等工作，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建結(jié)算模型，對不同用戶的電能消耗進行計算。該系統(tǒng)需要在計算機技術(shù)的支持下實現(xiàn)，系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)為主站、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、計量表計、基本結(jié)構(gòu)等。

其中用戶層主要是數(shù)據(jù)采集，對用戶用電情況、能耗等進行分析，將網(wǎng)卡芯片、單片機系統(tǒng)嵌入電表，完成峰谷時段能耗的計算，再將加工處理后的數(shù)據(jù)分類存儲，通過接口與因特網(wǎng)連接，將數(shù)據(jù)傳送到電力系統(tǒng)，接受主站發(fā)出的指令。在電源數(shù)值過高或過低時，儀表上的報警系統(tǒng)就會打開，可在此時間派人到現(xiàn)場查看。主站數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具有電量分類、處理、統(tǒng)計等功能，主站數(shù)據(jù)采集后傳送到編碼器，編碼器通過接口傳送到主站，編碼器由主站內(nèi)的解碼器解碼，最后傳送到主機，主機處理和存儲主站數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)備份、服務(wù)器和通訊站三部分。

6.2 主要流程

首先，系統(tǒng)響應(yīng)采集命令，電表中的網(wǎng)卡芯片開始對電能數(shù)據(jù)進行采集；然后，單片機系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，對相關(guān)公路因數(shù)α、β等進行計算，當電表處于正常工作狀態(tài)時，功率數(shù)值范圍在0.6～1之間，當數(shù)值與要求不相符合時，報警系統(tǒng)將自動開啟；當數(shù)值與要求相符合時，根據(jù)已知電流、電壓、功率的大小對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行判斷，只有系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)情況下，才可正常工作，否則將會發(fā)出警報。

7 計量誤差自適應(yīng)檢測技術(shù)的對比實驗

7.1 實驗參數(shù)

本實驗的主要參數(shù)有：智能電表類型為YU164型，USB接口，硬盤存儲器為160GB，顯卡采用ATI獨立顯卡，三級緩存，電流為交流電，數(shù)據(jù)以DSP處理信號的形式顯示，網(wǎng)卡采用JR5021型，單片機為TY1158型，TUV無線電頻信號模式。

7.2 開展流程

在上述參數(shù)基礎(chǔ)上展開實驗，對傳統(tǒng)電能計費系統(tǒng)與本文設(shè)計的誤差自適應(yīng)檢測技術(shù)計費系統(tǒng)進行對比，主要包括系統(tǒng)成本投入、系統(tǒng)運行準確性兩個方面，通過對兩種系統(tǒng)實驗結(jié)果的對比，體現(xiàn)兩種系統(tǒng)的工作效果。

7.3 實驗結(jié)果對比分析

7.3.1 系統(tǒng)成本投入實驗。當電能計費系統(tǒng)覆蓋面積逐漸增加時，用于系統(tǒng)建設(shè)的投入成本也將隨之增加，當系統(tǒng)覆蓋面達到10km2時，傳統(tǒng)計量系統(tǒng)的成本投入為1.50萬元，而本文研究的新型系統(tǒng)成本投入為1.33萬元；當系統(tǒng)覆蓋面達到30km2時，傳統(tǒng)計量系統(tǒng)的成本投入為1.65萬元，而本文研究的新型系統(tǒng)成本投入為1.45萬元；當系統(tǒng)覆蓋面達到50km2時，傳統(tǒng)計量系統(tǒng)的成本投入為1.90萬元，而本文研究的新型系統(tǒng)成本投入為1.58萬元；當系統(tǒng)覆蓋面達到70km2時，傳統(tǒng)計量系統(tǒng)的成本投入為2.09萬元，而本文研究的新型系統(tǒng)成本投入為1.71萬元[3]。

7.3.2 系統(tǒng)準確性實驗。從實驗結(jié)果可知，電能計費系統(tǒng)的使用時間越長，對系統(tǒng)的損害越大，系統(tǒng)準確性也會受到不良影響而降低。當電能計費系統(tǒng)使用4個月時，傳統(tǒng)計費系統(tǒng)的準確性為96%，本文研究的新型系統(tǒng)準確為99%；當電能計費系統(tǒng)使用12個月時，傳統(tǒng)計費系統(tǒng)的準確性為93%，本文研究的新型系統(tǒng)準確為96%；當電能計費系統(tǒng)使用20個月時，傳統(tǒng)計費系統(tǒng)的準確性為86%，本文研究的新型系統(tǒng)準確為93%；當電能計費系統(tǒng)使用28個月時，傳統(tǒng)計費系統(tǒng)的準確性為76%，本文研究的新型系統(tǒng)準確為89.5%。

由此可見，本文在誤差自適應(yīng)檢測技術(shù)基礎(chǔ)上建立的系統(tǒng)與傳統(tǒng)計費系統(tǒng)相比，在成本投入、準確率等方面具有較大優(yōu)勢，新型系統(tǒng)的使用可實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時更新，具有效率高、動態(tài)更新、準確性強等特征，可為電力企業(yè)節(jié)省更多的能源與材料消耗，減少人力成本的投入，提高員工的工作效率，具有十分廣闊的發(fā)展空間。

8 結(jié)束語

總而言之，在誤差自適應(yīng)檢測技術(shù)基礎(chǔ)上構(gòu)建的電能計費系統(tǒng)作用較大，可縮短數(shù)據(jù)采集時間、保障采集點數(shù)，計量結(jié)果更為精準可靠。因此，在后續(xù)的研究中應(yīng)對該系統(tǒng)進一步優(yōu)化，使其在電能計量領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。